Алгоритм разницы кадров использует то обстоятельство, что во многих видео изображение от кадра к кадру мало чем различается. По мере применения алгоритма векторной квантизации для кодирования каждого следующего кадра и получения при этом малых коэффициентов, которые трудно кодируются, в кадры постепенно вкрадывается ошибка. Это требует включения в видеоряд так называемых ключевых кадров, которые кодируются без учета предыдущих и являются так называемыми “опорными точками” в видео.

Компенсация движения

Компрессорами, использующими технологию компенсации движения, являются: MPEG-1,2 и 4.

По сравнению с механизмом разницы кадров механизм компенсации движения позволяет достигать большей степени сжатия. Кодирование весьма трудоемко и требует специальной аппаратуры. Технология компенсации движения используется в таких международных стандартах сжатия цифрового видео, как: MPEG, H.261 и H.263. Наибольшее сжатие достигается в сценах с пониженным движением.

Компенсация движения основана на использовании ряда сложных алгоритмов. Сфера, где данная технология сжатия эффективна, как правило, сводится к видеоряду, в котором объект изменяет свое местоположение относительно неподвижного фона. Объекты, изменяющиеся по форме, приближающиеся или удаляющиеся (движущаяся камера), не подлежат эффективному сжатию посредством алгоритма компенсации движения. Сжатие возможно заданием вектора смешения элементов изображения вместо хранения больших значений новых координат данных элементов изображения. Основным блоком (относительно которого задается вектор смещения остальных блоков) может являться любой блок изображения размером 16x16 пикселей, максимально похожий на кодируемый (предсказываемый) блок. Ясно, что кадр, на который ссылаются таким образом другие кадры, должен быть декодирован ранее. Однако совсем не обязательно, чтобы опорный кадр предшествовал предсказываемому кадру. MPEG позволяет производить предсказание в обоих направлениях путем введения так называемых B- (bidirectionally predicted) кадров.

Алгоритм компрессии MPEG-1.

Технология сжатия видео в MPEG решает следующие задачи:

• Устранение временной избыточности видео (в пределах коротких интервалов времени большинство фрагментов сцены остаётся неподвижными).

• Устранение пространственной избыточности изображения путём подавления мелких несущественных деталей.

• Использование более низкого цветового разрешения YOV.

• Повышение информационной плотности результирующего потока путём выбора оптимального математического кода для его описания.

На этапе предварительной обработки входной видеосигнал оцифровывается и форматируется согласно заданному размеру и цветовой выборке (например, для PAL 352*288 и 2:1:1). Изображение делится на макроблоки размером 16*16 пикселей.

Каждый макроблок состоит из шести блоков, четыре из которых несут информацию о яркости, а два – определяют цвет. Каждый блок имеет размер 8*8. Блоки являются основными единицами, над которыми осуществляется дискретное косинусоидальное преобразование и квантование.

I - кадры - независимо сжатые (I-Intrapictures). Являются опорными и кодируются независимо методом JPEG. Требуют для своего кодирования большого объёма информации и обеспечивают большую точность восстановления. Стандарт не ограничивает алгоритма определения вектора смещения. Кадры I - типа сжаты описанным выше методом и не содержат ссылок на какие-либо другие кадры. Средняя степень сжатия составляет примерно 2 бита на точку. Подобный кадр является первым кадром последовательности, с него начинается новый видеоряд, при этом между двумя I - кадрами может находиться не более 12 кадров других типов. Обычно последовательность выглядит следующим образом:

I B B P B B P B B P B B I B B P B B P B

Р - кадры - сжатые с использованием ссылки на одно изображение (P - Predicted). Макроблоки P – типа могут кодироваться по уже описанной схеме и предсказываемые, которые формируют разность, текущего макроблока и подобного ему предыдущего I или P блока. В основном, в P – блоках используется вторая схема.

В - кадры - сжатые с использованием ссылки на два изображения (В - Bidirection). Могут быть I, P и B – типа. Могут кодироваться с предсказанием вперёд, назад, и интерполируемые, как полусумма обоих предсказаний. В данном случае кодеру предстоит наиболее сложная работа по выбору наиболее эффективного варианта, реализующего компромисс между длиной кода и качеством восстанавливаемого изображения. Положительным является тот факт, что при этом не происходит накапливания ошибок в отличие от предыдущих этапов.

ВС - кадры - независимо сжатые с большой потерей качества (используются только при быстром поиске).

Каждый кадр, таким образом, кроме служебной информации включает в себя переменное число кодов

Кадры P - типа, или предсказанные кадры, обычно следуют через два B - кадра.

П
оскольку B-кадры ссылаются как назад, так и вперед по последовательности, то для оптимизации процесса воспроизведения кадры в потоке перераспределяются следующим образом: компенсация движения является методом увеличения степени сжатия Р - и В - кадров путем использования информации из предыдущих кадров. Этот алгоритм действует на уровне макроблоков и обеспечивает примерно трехкратное сжатие по сравнению с I-кадрами. Сжатый с его использованием кадр содержит дополнительно вектор перемещения макроблока, на который имеется ссылка и отличия между кодируемым макроблоком и макроблоком по ссылке. Обычно не вся информация в кадре может быть эффективно описана методом компенсации движения. В подобном случае макроблок, не имеющий анологов в предыдущих кадрах, кодируется так же, как и все макроблоки в I-кадре.

Для B - кадра компенсация движения может осуществляться как вперед, так и назад, поэтому для данного типа возможно четыре варианта кодирования макроблоков:

- кодирование без компенсации движения;

- компенсация с прямым предсказанием;

- компенсация с обратным предсказанием ;

- компенсация с двунаправленным предсказанием.

Обратное предсказание применяется тогда, когда нет возможности выполнить прямое.

Частота I - кадров выбирается в зависимости от требований на время произвольного доступа. Соотношение Р – и В - кадров подбирается, исходя из требований к величине компрессии и ограничений декодера. Именно варьирование частоты кадров разных типов обеспечивает алгоритму необходимую гибкость и возможность расширения.

Общее описание MPEG

Слово MPEG является сокращением от Moving Picture Expert Group - названия экспертной группы ISO, действующая в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. На сегодняшний день известны следующие:

MPEG-1 - предназначен для записи синхронизированных видеоизображения (обычно в формате SIF, 288 x 358) и звукового сопровождения на CD-ROM с учетом максимальной скорости считывания около1.5Мбит/с. Качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители.

MPEG-2 - предназначен для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с, профессионалы используют и большие потоки. аппаратуре используются потоки до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MPEG-2, переходят многие телеканалы, сигнал сжатый в соответствии с этим стандартом транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объёмов видеоматериала.

MPEG-3 - предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с., но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3, который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG Audio Layer III.

MPEG-4 - задает принципы работы с цифровым представлением медиа - данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.

Области применения DVD

DVD-диск имеет множество приложений: в качестве носителя видеоизображений (DVD -Video), аудиозаписи (DVD -Audio), хранения данных (DVD - ROM), для записи информации (DVD - R) и т.д. Стандарты DVD -диска (физические особенности, файловая система, области использования) описываются в регламентирующих изданиях, полностью совместимых с "Yellow Book" (описание стандарта CD-ROM) и "Red Book" (описание стандарта Audio CD). Они делятся на следующие группы:

Book A Read only - Стандарт диска, предназначенного только для считывания

Book B Video - Стандарт диска для видеоинформации

Book C Audio - Стандарт диска для аудиоинформации

Book D Write-once - Стандарт диска для однократной записи

Book E Rewritable - Стандарт многократно перезаписываемого диска

Структура организации данных на диске

В DVD-дисках (книги A, B, C) будет применяться единая файловая система как для компьютерных приложений, так и для видеопрограмм, названная UDF Bridge, которая является комбинацией систем Micro UDF и ISO-9660. Структура представления данных UDF (Universal Disk Format), разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association) на базе стандарта ISO / IEC 13346, определяет все параметры структур файла и диска, а также метода записи и считывания информации. Файловая система UDF - это очень гибкий, многоплатформенный и многопользовательский стандарт, который был адаптирован для применения в DVD. В частности, гарантирована совместимость со стандартом ISO-9660 для работы с существующим программным обеспечением. Окончательный вариант универсальной файловой структуры DVD еще не сформирован. Он будет зависеть от новых требований, предъявляемых компанией Microsoft к операционной системе. Поэтому на первом этапе домашние DVD-плейеры будут использовать файловую структуру UDF, в то время как компьютерные DVD-устройства пока ограничатся стандартом ISO-9660, до тех пор, пока UDF не распространится повсеместно.

Таким образом, после полной реализации заложенных в UDF возможностей пользователь сможет одновременно хранить на одном DVD - диске видеофильмы, аудиозаписи, оцифрованные фотографии и свои компьютерные файлы. Наконец, пользователь ПК может забыть о межплатформенной несовместимости. DVD -диск должен стать единым носителем и для Macintosh, и для DOS / Windows, и для OS/2, и для Unix.

Основные черты

диаметр DVD – диска составляет 120 мм (4,75 дюйма), а толщина - 1,2 мм. DVD-диск может быть как односторонним, так и двухсторонним. Причем на каждой стороне DVD - диска может быть один или два рабочих слоя. Таким образом, различают следующие типы DVD -дисков:

DVD-5 (Single-sided, single-layer disc)

Односторонний однослойный диск 4,7 Гбайт

DVD-9 (Single-sided, double-layer disc)

Односторонний двухслойный диск 8,5 Гбайт

DVD-10 (Double-sided, single-layer disc)

Двухсторонний однослойный диск 9,4 Гбайт

DVD-18 (Double-sided, double-layer disc)

Двухсторонний двухслойный диск 17 Гбайт

Конструктивно двухсторонний DVD-диск выглядит как два склеенных между собой CD -диска толщиной 0,6 мм.

Интегрирование. Авторские системы.

Авторская система представляет собой программу, в которой имеются предварительно подготовленные элементы для разработки интерактивного программного обеспечения. Такие системы различаются по своей специализации, возможностям и простоте освоения. В настоящее время не существует автоматической системы, которая позволяла бы полностью построить приложение только по принципу "укажи и щёлкни". Применение авторской системы - это ускоренная форма программирования. Применение авторских систем по сравнению с чистым программированием позволяет снизить стоимость работ в несколько раз. В основе классификаций авторских систем лежит понятие "метафора" - методология, в соответствии с которой система выполняет свою задачу. Однако, границы между различными метафорами сильно размыты, некоторые авторские системы имеют признаки нескольких метафор.

Наиболее часто цитируемой является следующая классификация, использующая следующие метафоры:

1. язык сценариев;

2. изобразительное управление потоком данных;

3. кадр;

4. карточка с языком сценариев;

5. временная шкала;

6. иерархические объекты;

7. гипермедиа - ссылки;

8. маркеры.

Классификация не является самоцелью, это только средство для обоснованого выбора инструмента.

Инструментальные средства

Большинство систем предлагают средства, с помощью которых можно создавать графические объекты мультимедиа (текст, кнопки, векторные графические объекты и битовые изображения) непосредственно на экране. Если одно из этих средств отсутствует в инструментальной системе, то обычно предлагается механизм импортирования объекта из другой программы. Когда вы работаете с анимационными объектами или видеофильмами, большинство инструментальных систем имеют возможности анимации этих элементов, такие как язык программирования или специальные функции. Обычно имеется библиотека специальных эффектов, например, увеличение или уменьшение размера объекта на экране (zoom), сдвиг одного кадра другим, проявление одного изображения сквозь первоначальное (dissolve). Многие разработчики мультимедиа не ограничиваются возможностями только одной инструментальной системы, а используют различные программы и средства для выполнения специфических задач.