Презентация "Введение в сжатие видео" – проект, доклад

Введение в сжатие видео

Дмитрий Ватолин Московский Государственный Университет CS MSU Graphics&Media Lab

Version 2.4

CS MSU Graphics & Media Lab (Video Group) http://www.compression.ru/video/

Причины сжатия видео

Основные проблемы с видео: Несжатые данные занимают очень много места Каналы передачи и возможности хранения ограничены Пример: Видео 720х576 пикселов 25 кадров в секунду в системе RGB и прогрессивной развертке потребует потока данных примерно в 240 Мбит/сек (т.е. 1.8 Гб в минуту). На DVD-ROM диск размером 4.7Гб войдет всего 2.5 минуты. => Нужно сжатие в 35 раз для записи фильма.

Что используется при сжатии

Когерентность областей изображения — малое локальное изменение цвета Избыточность в цветовых плоскостях — используется большая важность яркости для восприятия Подобие между кадрами — на скорости 25 кадров в секунду соседние кадры, как правило, изменяются незначительно

Используется избыточность: Пространственная ( используется DCT или Wavelet преобразования) Временная (между кадрами,  сжимается межкадровая разница) Цветового пространства ( RGB переводится в YUV и цветовые компоненты прореживаются)

Пространственная и временная избыточность

Соседние кадры фильма (Терминатор-2) Пространственная избыточность – цвет большинства соседних точек одинаков. Временная избыточность – кадры весьма похожи

Межкадровая разница

Именно такие кадры (с учетом поправки на компенсацию движения) и сжимает кодек. Их больше 99% в потоке. (Амплитуды – малы, изображение практически однородно)

Качество видео

Не существует метода оценки качества кадра, полностью адекватного человеческому восприятию Не существует метода оценки пропущенных кадров, полностью адекватного человеческому восприятию Следствие: Можно декларировать любую степень сжатия в маркетинговых материалах.

PSNR

Базовые метрики – Y-PSNR, U-PSNR, V-PSNR Хорошо работают только на высоком качестве.

Типы кадров в потоке

I-кадры — независимо сжатые (I-Intrapictures), P-кадры — сжатые с использованием ссылки на одно изображение (P-Predicted), B-кадры — сжатые с использованием ссылки на два изображения (B-Bidirection),

Компенсация движения

Простая межкадровая разница работает плохо при сильном движении в кадре Алгоритмы компенсации движения отслеживают движение объектов в кадре Уменьшение межкадровой разницы (увеличение ее степени сжатия) Необходимость сохранения информации о движении в кадре Существенно бОльшее время, необходимое для сжатия

Компенсация движения (2)

Идеальный алгоритм: выделение в кадре объектов и компактное описание их движений. Проблема: огромные объемы вычислений и весьма сложные алгоритмы. Реально используются квадратные блоки, с размером, кратным 8 и достаточно простая организация блоков.

Компенсация движения (3)

Для каждого блока в кадре мы находим похожий в предыдущем кадре в некоторой окрестности положения блока. Если достаточно похожий блок в предыдущем кадре не найден – блок сжимается независимо (Intra-Blocks).

Движение для B-кадра

Для B-кадров у нас появляется возможность выбирать как наиболее близкий блок из любого кадра, так и интерполировать блоки из двух кадров.

Сжатие межкадровой разности

Классическая схема сжатия межкадровой разницы очень похожа на сжатие JPEG: блоки 8х8 сжимаются помощью дискретного косинусного преобразования

Схема простого видеокодека