Реферат: Система сжатия подвижных изображений MPEG-2

В режиме с постоянным качеством используется фиксированная матрица квантования, но при этом скорость потока компрессированных данных является переменной. Соответственно, чем больше деталей, выше активность изображения, тем больше скорость потока. Такой режим можно использовать при записи на дисковые носители в условиях отсутствия ограничении на объем, однако возможны ограничения на скорость воспроизведения – она не может быть произвольно большой.

Если запись компрессионного потока производится не в условиях реального времени, то  можно использовать и другие способы управления скоростью. Например, выполнять компрессию в два прохода. На первом подбираются параметры, обеспечивающие максимальное качество; на втором – производится компрессия с найденными параметрами. Есть и другие способы: возможно выделение заранее кадров с большим количеством детальных быстродвижущихся объектов и поместить их для принудительного кодирования типа I – используется в DVD.

Т.к. стандарт MPEG не регламентирует сам процесс кодирования, а изображения (блоки представления) рассматриваются как результат декодирования блоков доступа, то декодер может приступить к декодированию изображения типа В только после того, как получены предыдущие и последующие блоки. Во избежание установки буферов, кодирование изображений выстраивается в порядке декодирования, т.е. вместо I-B-B-P формируют I-Р-В-В, что и было продемонстрировано на Рис 1.1.

2.3 Профили MPEG-2

Для наибольшей эффективности применения на практике и совместимости оборудования стандарта MPEG-2 от разных производителей, выделено несколько подмножеств синтаксиса и семантики, называемые профилями. Профиль – это подмножество стандарта для специализированного применения, задающее алгоритмы и средства компрессии. Уровни внутри каждого профиля связаны с параметрами компрессии изображения (табл. 1). Профили MPEG-2: Simple – простой; Main – основной; SNR (Signal to Noise Ratio) – с масштабируемым квантованием; Spatial – с масштабируемым пространственным разрешением; High – высокий; 422 – студийный.

Таблица 1. Профили стандарта MPEG-2

Например, профиль SNR, как и Spatial, поддерживают все типы изображений, используя обычное кодирование на основе предсказания с компенсацией движения; 422 обеспечивает полное разрешение, соответствующее рекомендации ITU-R 601, монтаж с точностью до кадра, допускает многократную перезапись.

2.4 Особенности стандарта MPEG-2

Стандарт MPEG-2 не определяет защиту от ошибок, но предусматривает такую возможность. Важной особенностью стандарта является масштабируемость, которая определяется как возможность получения изображения из части полного потока данных. Предусмотрены следующие виды масштабируемости [1]:

·     масштабируемость по пространственному разрешению заключается в получении от одного источника видеоинформации двух телевизионных сигналов с разными параметрами по разрешающей способности. Базовый слой содержит достаточно информации для воспроизведения обычной четкости, а дополнительный слой содержит данные для воспроизведения изображения в высокой четкости;

·     масштабируемость по отношению сигнал/шум дает возможность получить от одного источника информации изображения с двумя уровнями отношения сигнал/шум, фактически с двумя уровнями качества, как это было рассмотрено в 2.2;

·     масштабируемость по времени позволяет получать от одного источника видеоинформации с  двумя уровнями разрешающей способности по времени – чересстрочной разверткой 25 Гц, или прогрессивной 50 Гц;

·     масштабируемость по разделению данных  позволяет использовать для передачи два канала связи. По одному из них (более помехозащищенному) передается базовый слой, по другому (соответственно, менее защищенному) менее критичные к ошибкам данные.

Стоит отметить, что в данный момент на практике, к сожалению, масштабируемость практически не используется.

3. Поток видеоданных MPEG-2.

3.1 Общие сведения о потоке данных. Программный поток

Упрощенная структура потока данных на выходе кодера MPEG-2 показана на
Рис 3.1.

Рис 3.1 Структура потока данных

Регламентированы две возможные формы единого потока – программный и транспортный.

Первый шаг на пути получения единого потока – формирование  пакетного элементарного PES-потока. PES-пакеты состоят из заголовка и данных пользователя. Можно установить фиксированную длину всех пакетов, а можно согласовать начало проекта с началом блока доступа.

В начале заголовка идет 32 битный код старта, состоящий из стартового префикса и идентификатора. Спецификация определяет разрешенные значения чисел в поле идентификатора для 32 элементов потока звука и 16 элементов потока видеоданных. Особую значимость имеют биты Р и D флага 2, указывающие на наличие полей с метками времени представления и времени декодирования, обеспечивающие синхронизацию данных в декодере.

Для программного потока характерно все выше сказанное, только с условием, что заголовки блока должны появляться не реже, чем через 0,7 сек. Это связано с тем, что заголовки содержат опорное системное время, а также информацию о характере потока для декодера. Он предназначен для использования в условиях окружения, не вносящего ошибки. Искажения могут означать потерю целого кадра, т.к. длина блоков переменна и ошибка в определении его длины (длины PES-пакета) приведет к потере синхронизации. Преимущество в том, что при отсутствии ошибок, процедура демультиплексирования проста.

3.2 Транспортный поток

Этот поток может объединять пакетные элементарные потоки, переносящие данные нескольких программ с независимыми временными базами. Один транспортный поток может переносить до 8175 элементарных потоков. Он состоит из коротких пакетов фиксированной длины. Процесс объединения подчиняется ряду ограничений:

·     первый байт каждого PES-пакета должен быть первым байтом полезной нагрузки;

·     каждый транспортный пакет может содержать данные лишь одного PES-пакета;

·     если PES-пакет не имеет длину, кратную 184 байтам, то один из транспортных пакетов не заполняется полностью, а оставляет место для адаптации.

Структура транспортного потока оптимизирована для условий передачи данных в каналах связи с шумами: для разрешения проблем, связанных с действием шума, добавляются 16 проверочных байтов кода Рида–Соломона, что позволяет исправить 8 битов. Пакет начинается  4байтного заголовка, который не является уникальным, однако в купе с определенной длиной пакета 188 байт, упрощает определение. Для опознавания пакетов, принадлежащих одному элементарному потоку, используется 13 битный идентификатор. Важный компонент структуры – счетчик непрерывности, который инкрементирует последовательности элементарных пакетов, принадлежащих одному потоку. Это позволяет определить потерю одного из пакетов и маскировать ошибки

Страницы: 1, 2, 3