Показать меню

Сжатие видео

28.04.2021
26

Сжатие видео (англ. Video compression) — технология цифровой компрессии телевизионного сигнала, позволяющая сократить количество данных, используемых для представления видеопотока. Сжатие видео позволяет эффективно уменьшать поток, необходимый для передачи видео по каналам радиовещания, уменьшать пространство, необходимое для хранения данных на носителе. Недостатки: при использовании сжатия с потерями появляются характерные, иногда отчётливо видные артефакты — например, блочность (разбиение изображения на блоки 8x8 пикселей), замыливание (потеря мелких деталей изображения) и т. д. Существуют и способы сжатия видео без потерь, но на сегодняшний день они уменьшают данные недостаточно.

Теория

Видео по сути своей является трёхмерным массивом цветных пикселей. Два измерения означают вертикальное и горизонтальное разрешение кадра, а третье измерение — время. Кадр — массив всех пикселей, видимых камерой в данный момент времени, или просто изображение. В видео возможны также так называемые полукадры (см.: чересстрочная развёртка).

Сжатие было бы невозможно, если бы каждый кадр был уникален и расположение пикселей было полностью случайным, но это не так. Поэтому можно сжимать, во-первых, саму картинку — например, фотография голубого неба без солнца фактически сводится к описанию граничных точек и градиента заливки. Во-вторых, можно сжимать похожие соседние кадры. В конечном счёте, алгоритмы сжатия картинок и видео схожи, если рассматривать видео как трёхмерное изображение со временем как третьей координатой.

Сжатие без потерь

Помимо сжатия с потерями видео также можно сжимать и без потерь. Это означает, что при декомпрессии результат будет в точности (бит к биту) соответствовать оригиналу. Однако при сжатии без потерь невозможно достичь высоких коэффициентов сжатия на реальном (не искусственном) видео. По этой причине практически всё широко используемое видео является сжатым с потерями (в том числе на потребительских цифровых видеодисках, видеохостингах, в спутниковом вещании). На веб-сайтах для маленьких роликов без звука иногда используются простые форматы GIF и APNG.

Сжатие видео и технология компенсации движения

Одна из наиболее мощных технологий, позволяющая повысить степень сжатия, — компенсация движения. При любой современной системе сжатия видео последующие кадры в потоке используют похожесть областей в предыдущих кадрах для увеличения степени сжатия. Однако, из-за движения каких-либо объектов в кадре (или самой камеры) использование подобия соседних кадров было неполным. Технология компенсации движения позволяет находить похожие участки, даже если они сдвинуты относительно предыдущего кадра.

История

Аналоговые принципы сжатия видеосигнала, основанные на особенностях зрения человека, известны с момента появления телевидения как такового, а вершин своего развития достигли в совместимых системах цветного телевидения NTSC, SECAM и, особенно, PAL. Именно благодаря сжатию данных удавалось передавать цветное изображение с разложением в 625 строк в полосе частот, изначально определенной для стандарта разложения 441 строка. В аналоговых системах для этого использовалось свойство линейчатости спектра телевизионного сигнала и снижение яркостной и цветовой чувствительности глаза в зоне мелких деталей. Таким образом, можно было передавать максимум информации в низкочастотной части спектра телевизионного сигнала (крупные детали изображения), но без особых потерь качества изображения срезать высокочастотную часть спектра, оставив в нем только первые гармоники сигналов, несущие информацию о мелких деталях. Информация о цветовой составляющей подвергалась еще большему ограничению по частоте и вдобавок ее спектр смещался таким образом, чтобы гармоники сигналов строчной частоты, несущих информацию о цвете, оказывались в промежутках между гармониками сигнала яркости. Цифровые же методы сжатия видеосигнала появились практически одновременно с появление АЦП, способных работать на видеочастоте и процессоров, способных выполнять арифметические операции примерно на трехкратной видеочастоте. Такие устройства начали выпускаться в начале 1980-х годов.

В таблице ниже показана неполная история развития международных стандартов видеосжатия

Современное состояние дел

На конец 2011 года практически все алгоритмы сжатия видео (например, стандарты, принятые ITU-T или ISO) используют дискретное косинусное преобразование (DCT) или его модификации для устранения пространственной избыточности. Другие методы, такие как фрактальное сжатие и дискретное вейвлет-преобразование, также были объектами исследований, но сейчас обычно используются только для компрессии неподвижных изображений.

Использование большинства методов сжатия (таких, как дискретное косинусное преобразование и вейвлет-преобразование) влечёт также использование процесса квантования. Квантование может быть как скалярным, так и векторным, тем не менее, большинство схем сжатия на практике используют скалярное квантование вследствие его простоты.

Телевидение

Современное цифровое телевещание стало доступным именно благодаря видеокомпрессии. Телевизионные станции могут транслировать не только видео высокой четкости (HDTV), но и несколько телеканалов в одном физическом телеканале (6 МГц).

Хотя большинство видеоконтента сегодня транслируется с использованием стандарта сжатия видео MPEG-2, тем не менее новые и более эффективные стандарты сжатия видео уже используются в телевещании — например, H.264 и VC-1.

Еще по этой теме:
TrueColor
06:58, 17 декабрь
TrueColor
24-битный цвет (являющийся подмножеством TrueColor англ. «истинный цвет») в компьютерной графике — метод представления и хранения изображения, позволяющий отобразить большое количество цветов,
Fight Music
23:11, 12 декабрь
Fight Music
«Fight Music» (также известен как «Flight Music») сингл рэп-группы D12 из их дебютного альбома, Devil’s Night, выпущен в 2001 году. В основной части тематикой песни являются насилие и уличные бои (за
Wide Open Spaces (песня)
19:10, 12 декабрь
Wide Open Spaces (песня)
«Wide Open Spaces» — песня американской кантри-группы Dixie Chicks, вышедшая 28 июня 1998 года в качестве 3-го сингла с их четвёртого студийного альбома Wide Open Spaces (1998). Песню написала Сюзан
Violet Hill
11:28, 07 декабрь
Violet Hill
«Violet Hill» — первый сингл британской рок-группы Coldplay из альбома Viva la Vida or Death and All His Friends, выпущенный 6 мая 2008 года. Информация о песне 28 апреля 2008 на официальном сайте
iPod nano
14:44, 03 декабрь
iPod nano
iPod nano — это четвёртый цифровой аудиоплеер, выпущенный компанией Apple. Он был представлен 7 сентября 2005 года и сочетает в себе особенности iPod shuffle и iPod Classic. Предназначался для замены
Компьютерная обработка видео
23:11, 01 декабрь
Компьютерная обработка видео
Компьютерная обработка видео — процесс редактирования файлов видео на компьютере с помощью специальных программ — видеоредакторов. Весь процесс компьютерной обработки видео включает в себя три
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent