Главная » Технологии » Введение

Введение в понятие видео кодеков

Необработанный цифровой видеосигнал занимает большой объём памяти для хранения. Непрактично передавать или хранить цифровое видео в первоначальной необработанной форме, потому что изображения содержат слишком много излишней информации. Разумное решение заключается в том, чтобы сжимать видео перед тем, как передавать или сохранять его, и восстанавливать сжатые данные, когда это необходимо. Поскольку видеосигнал содержит естественную избыточность информации в виде статических областей, повторяющихся изображений, областей подобной текстуры и циклического движения, такой подход может быть довольно эффективен.

Сжатие контролируется кодером - устройством, которое анализирует поступающую видеопоследовательность, находит избыточность информации и создаёт поток двоичных кодов, который описывает последовательность в соответствии с некоторой математической моделью кодирования видео. Когда требуется несжатое видео, декодер берет эти двоичные коды и восстанавливает последовательность в соответствии с той же моделью. Пара кодер-декодер называется КОДЕКОМ, КОдер-ДЕКодер.

В зависимости от сложности используемой модели, кодер может использовать меньше кодов для описания первоначальной последовательности, и таким образом обеспечивать более высокий уровень сжатия. Однако сложная модель требует больше вычислительной мощности как для кодера, чтобы подгонять первоначальную последовательность к модели, так и для декодера, чтобы восстанавливать видео. Поскольку человеческий глаз не способен воспринимать каждую деталь визуального сигнала, кодер по алгоритму может не кодировать некоторые детали первоначальной последовательности исходя из психовизуальной модели.

Последовательность, восстановленная декодером, не будет полностью совпадать с первоначальной последовательностью, но или любое различие будет зрительно незаметно, или декодированный поток будет содержать незначительные искажения, которые являются приемлемыми. Иногда декодированный поток может содержать заметные искажения, но они также приемлемы, если учесть ограничение канала передачи или накопителей памяти. С более низким качеством видео кодер даёт более высокий уровень сжатия, и у декодера меньше информации для декодирования, и таким образом требуется меньше ресурсов.

Подгонка модели кодирования видео кодером - сложная проблема оптимизации. Точное решение этой проблемы не всегда возможно в разумных рамках времени, и кодер использует условно оптимальные или эвристические алгоритмы для подгонки модели. Чем точнее алгоритмы, тем выше возможное визуальное качество восстановленной последовательности при том же уровне сжатия. Как результат, всегда есть взаимосвязь между вычислительной мощностью, уровнем сжатия и качеством видео.

Поскольку компьютерные системы развиваются, используются всё более сложные модели сжатия видео. The Motion Picture Expert Group (MPEG) работает над созданием спецификаций для аудиовизуального кодирования под контролем Международной организации по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссии, МЭК, (International Electrotechnical Commission - IEC). В большинстве случаев под понятием "MPEG VIDEO " понимают стандарты MPEG-1, MPEG-2, и MPEG-4, которые создавались в течение прошлых 10 лет в связи с растущим спросом на технологии видео и аудио сжатия и быстро увеличивающейся вычислительной мощностью электронных устройств. H.264/AVC - новейший утверждённый стандарт видео кодирования. Он появился в результате совместной разработки экспертной группы по видео кодированию Международного союза телекоммуникаций (International Telecommunication Union Video Coding Experts Group - ITU VCEG) и MPEG ISO. Этот стандарт известен как H.264 (имя, данное ITU-T - сектором телекоммуникаций Международного союза телекоммуникаций), или MPEG-4 Part 10 (ISO/IEC 14496-10), или MPEG-4 усовершенствованное видео кодирование (Advanced Video Coding - AVC).

При оценке качества кодека, нужно принимать во внимание технологию и алгоритмы, используемые для расширения стандартов видео кодеков. Эффективная технология и мощные алгоритмы приводят к тому, что кодек обеспечивает отличное качество видео при относительно низком битрэйте.
(См. раздел Преимущества)

Видео кодеки

КодекЗадачаКачествоКомментарии
MPEG -1
Международный стандарт (1992)
(1992)
Достижение приемлемого качества записи видео и аудио и передачи при примерно 1.5 Мб/с.Качество VHS при 1.5 Мб/с.
Разрешение SIF.
Почти все компьютеры поддерживают файлы MPEG-1.
Обычно используется для видео с низким разрешением, но может использоваться с любым разрешением. Без интерлэйса, только прогрессив.
MPEG-2
Международный стандарт
(1993)
Высокий битрэйт и более широкое универсальное применение, включая телевидение, ТВ-вещание, бытовую электронику.Высокое качество: обычно D1 разрешение (ТВ-вещание и DVD являются MPEG-2)
при 8 Мб/с на ранних стадиях разработок и 2-4 Мб/с сегодня.
Применение: цифровое ТВ, HDTV, DVD, цифровое , спутниковое и наземное соединение.
Самый распространённый стандарт
Поддержка интерлэйса.
MPEG-4
(1998)
Кодек очень низкого бит-рэйта, позволяющий использовать низкий фрэйм-рэйт, низкое разрешение.Типично среднее качество.
При полном фрэймрэйте, среднем / высоком качестве требует такой же битрэйт, как и у MPEG-2.
Передача цифрового видео по интернету и беспроводным устройствам.
Видео конференции с использованием H.263, основанном на этом стандарте.
H.264
Производный от международного стандарта
(2003)
Для видео высокого качества для HDTV и видео с низким битрэйтом для сотовой связи (сотовых телефонов).Разнообразие бит-рэйтов; например ,
D1 качество DVD на 30fps при битрэйте меньше 1 Мб/с.
Формат CIF при 256 Кб/с.
Самый современный стандарт.

Hardware or Software CODECs?

 

Изначально, кодеки были аппаратными устройствами из-за того, что процесс восстановления сжатых данных требовал высокого вычислительного уровня процессоров, который был недостижим. Сейчас, с появлением более быстрых компьютеров и постоянно увеличивающимся быстродействием процессоров, компании начинают переходить на программные кодеки. Новые программные кодеки развеивают миф о том, что программные кодеки могут давать только результаты низкого качества. Сейчас программные кодеки дают недорогие решения с предельно высоким качеством результата.

See also: