Лекція 4 обробка відео зображень

Стандарти кодеків зображень MPEG.

Принципи передачі кольорових зображень.

Крім стандарту NTSC існують ще два популярних в світі стандарту: PALіSECAM.

У стандарті PAL фаза одного з цветоразностних сигналів (К-Y) змінюється від рядка до рядка, що і дало назву цьому методу (Phase Alternating Line). Таке рішення дозволило підвищити стабільність декодування. Для збільшення горизонтального дозволу поднесущая частота цветоразностного сигналу підвищена до 4,43 МГц. Частота кадрів - 25 Гц (при частоті полів 50 Гц), кількість рядків - 625. Стандарт PAL забезпечує дозвіл 800 х 600. В варіанті PAL-M прийнятий формат кадру NTSC (60 Гц і 525 рядків), а в PAL-N при 625 рядках (50 Гц) повернулися до піднесе 3,58 МГц.

SECAM - система французького походження. У цій системі замість квадратурной модуляції піднесе застосовані дві поднесущие цветоразностних сигналів з частотною модуляцією. Частота кадрів - 25 Гц (при частоті полів 50 Гц), кількість рядків - 625.

Говорячи про телевізійних стандартах, не слід забувати і про канал звукового супроводу. У всіх цих системах для звуку використовується частотна модуляція додаткової частоти, що піднесе

6,5 МГц для SECAM;

5,5 МГц для PAL (але іноді і 6,5 МГц);

4,5 МГц для NTSC і PAL-M;

може зустрічатися і 6 МГц ..

Об'єднання комп'ютерної графіки та телевізійного зображення.

Висновок комп'ютерної графіки на екран звичайного телевізора становить інтерес як засіб презентацій. Крім того, транслювати один і той же сигнал на декілька телевізорів простіше, ніж на кілька комп'ютерних моніторів. Ряд моделей сучасних графічних карт мають вихід телевізійного сигналу, причому незалежний від виходу на основний монітор. Є й перетворювачі форматів (наприклад, конверторVGA-TV) у вигляді окремих зовнішніх пристроїв зі стандартним інтерфейсом комп'ютерного монітора на вході і будь-яким телевізійним сигналом на виході. У найпростішому варіанті конвертор тільки перетворює сигнали з КЗС в один з інтерфейсів телеприймача, але при цьому потрібно установка дозволу і частот синхронізації графічного адаптера, які збігаються зі стандартом телеприймача. Для ПК ці обмеження малоприємні, а іноді і нездійсненні.

Процедура стиснення може виконуватися як одноступінчастим, так і двоступінчастим способом.

У першому випадку стиск виконується одночасно із записом в реальному масштабі часу.

У другому випадку потік незжатих даних інтенсивністю в кілька десятків мегабайт в секунду записується на спеціальний (дуже великий і дуже швидкий) диск. Після закінчення запису фрагмента виконується його стиснення, яке може займати на порядок більше часу, ніж сама запис.

Декомпресія, природно, становить інтерес лише в тому випадку, якщо вона виконується в реальному масштабі часу (вона і реалізується простіше). Ряд кодеків дозволяє здійснювати декомпресію в реальному часі чисто програмними способами, використовуючи стандартний графічний адаптер SVGA. Однак програмна декомпресія сильно завантажує процесор, що несприятливо позначається на многозадачном використанні комп'ютера. Ряд сучасних дисплейних адаптерів мають спеціальні апаратні засоби декомпресії, розвантажують центральний процесор. На частку процесора залишається лише організація доставки стисненого потоку даних до плати адаптера.

Стиснення рухомих зображень включає внутрікадрове (intraframe compression) і міжкадрове (interframe compression) стиснення. Для внутрикадрового стиснення використовуються методи, що застосовуються для стиснення нерухомих зображень. У міжкадрового стисненні застосовується система ключових кадрів (key frame), що містять повну інформацію про кадрі, і дельта-кадрів (delta frame), що містять інформацію про послідовних змінах кадрів щодо ключових. Завдяки кореляції сусідніх кадрів дельта-кадри в загальному випадку несуть набагато менше інформації, ніж ключові, і, отже, потік їх даних не так інтенсивний. Періодичне вкраплення ключових кадрів дозволяє уникнути накопичення помилки в зображенні, а також починати прийом потоку в будь-який момент (дочекавшись найближчого ключового кадру).

Для обробки зображень застосовуються різні кодеки:

Стандарти кодеків зображень MPEG.

Найбільшого поширення набули ряд кодеків типу MPEG.

Кодеки MPEG працюють в просторі Y-U-V, причому яркостная інформація обробляється з великою роздільною здатністю, ніж кольорова. У стислому потоці даних присутні кадри декількох типів:

I (intra) -кадра - ключові кадри, кодовані без посилань на інші (тобто містять повний опис статичного зображення). Р (predicted) - кадри, містять опис відмінностей поточного кадру з пре-дидущей.

В (bi-directional) - кадри є двонаправленими: вони посилаються і на кадр вперед, і на кадр назад.

Наявність двонапрямлених кадрів має на увазі, що декодер повинен мати буфер, по крайней мере, на три прийнятих кадру, а зображення буде виводитися з деяким відставанням від вхідного потоку. Для того щоб кодек міг швидко включитися в роботу з будь-якого місця потоку, I-кадри повинні включатися в потік регулярно (в MPEG-1 - не рідше, ніж через 0,4 с).