Реферат: Алгоритм сжатия видео

Кодирование представляет собой запись видеоинформации с помощью наблюдений за изменением значений цветовых плоскостей всех пикселей кадра относительно предыдущих кадров. Всякое изменение рассматривается как разница (по модулю) между предыдущим значением и новым. Каждое изменение упаковывается в соответствующую структуру из одного, двух или трех байт и заносится в закодированный видеопоток.
Каждый следующий кадр видео анализируется по линиям - подряд от верхней линии к нижней. В каждой линии анализируются слева-направо все пиксели линии. В каждом пикселе анализируются все его три цветовые плоскости. В итоге содержимое видеокадра рассматривается как элементарный байтовый массив, где каждый байт определяет состояние соответствующей цветовой плоскости определенного пикселя кадра.
Упакованное изменение называется поведением цветовой плоскости пикселя. В поведении содержатся сведения: что происходит с цветовой плоскостью, на какую величину изменяется ее значение и сколько кадров уходит на это изменение.
Алгоритм допускает любой подход к наблюдению за изменением цветовых плоскостей. Самый простой (и самый неэффективный) подход заключается в записи данных об изменении между двумя смежными кадрами. Для этого из байтового массива текущего кадра отнимается по модулю байтовый массив предыдущего кадра (побайтно - байт массива текущего кадра минус байт с таким же смещением массива предыдущего кадра). Получившийся массив разниц заносится в закодированный видеопоток.
Самые эффективные методы включают в себя функции тщательного отслеживания окончания фазы изменения цветовой плоскости, чтобы закодированный видеопоток представлял собой последовательность прямых линий, описывающих кривую изменения цветовой плоскости. Причем тщательностью функций отслеживания можно добиться, чтобы кривая была максимально точно смоделирована из набора прямых линий.
Отсюда можно вывести, что в поведении цветовой плоскости всегда закодирована прямая линия. Угол наклона прямой линии относительно текущего значения цветовой плоскости определяется величиной следующего изменения и количеством кадров изменения. Чем длиннее прямая линия в сторону количества кадров, тем эффективнее сжатие, но и больше вероятность цветовых потерь, так как исходная кривая не всегда лежит в пределах прямой линии.
Закодированный видеопоток состоит из заголовка, массива поведений и общего видеопотока. В заголовке содержатся сведения о размере видеокадра, скорости следования кадров в секунду, отличительных особенностях кодирования видео и начальных значениях цветовых плоскостей опорного кадра.
Алгоритмом поддерживаются цветовые пространства RGB и YCbCr. Декодирование всегда осуществляется в цветовое пространство RGB. Задание изменений цветовых плоскостей может быть сделано как в виде прямых значений, так и в виде процентных отношений. Прямое значение - это натуральная величина изменения цветовой плоскости. Процентное отношение - величина изменения, выраженная в диапазоне от 0 до 100 процентов.
Опорный кадр представляет собой одинаковый по размерам с видеокадром кадр, от которого начинается декодирование первого кадра видео. Каждая цветовая плоскость опорного кадра полностью заполнена соответствующим начальным значением из заголовка закодированного видеопотока. В результате все пиксели опорного кадра заполнены одним и тем же цветом. Этот цвет можно считать некоторым подобием цвета фона первого кадра видео.
В массиве поведений находятся часто повторяющиеся наборы поведений цветовых плоскостей пикселей. Всего массив может содержать не более 8192 наборов по 256 поведений в каждом наборе. Набор поведений представляет собой несколько следующих подряд поведений цветовой плоскости пикселя. В любом наборе допускается хранить любое количество поведений, но не более 256. В массиве поведений допускается хранить любое количество наборов, но не более 8192. Также допускается не использовать массив поведений, но даже в этом случае он обязан присутствовать в закодированном видеопотоке в виде пустого массива.
В общем видеопотоке находятся разрозненные поведения цветовых плоскостей пикселей и ссылки на уже существующие в массиве поведений наборы поведений. Разрозненное поведение представляет собой одиночное поведение, мало встречающееся среди поведений цветовых плоскостей пикселей. Ссылка на набор поведений обозначает, что для некоторой цветовой плоскости под ссылкой подразумевается целая последовательность из нескольких поведений, которая уже описана в ссылаемом наборе поведений.
Алгоритм допускает внедрять в общий видеопоток любые дополнительные данные. Такие данные называются внедренными блоками данных. Они игнорируются алгоритмом, но он имеет возможность прерывать декодирование видео и передавать эти блоки на обработку разным специальным функциям (при наличии таких), а после восстанавливать декодирование с прерванного места.
Декодирование воссоздает кадры видео по содержимому закодированного видеопотока. На основе опорного кадра и извлекаемых из видеопотока данных строится первый кадр видео. Каждый следующий кадр строится на основании содержимого текущего кадра. Декодер преобразует извлекаемые из общего видеопотока поведения в прямые линии и значение каждой цветовой плоскости пикселей кадра движется в точности по своему набору прямых линий.
Следующее поведение в общем видеопотоке всегда принадлежит той цветовой плоскости пикселя, которая достигла края своей прямой (декодер уже отрисовал для нее прямую). Поэтому в алгоритме вообще нет необходимости в указывании каких-либо координат. Как и при кодировании, каждый кадр декодируется анализом линий кадра сверху-вниз с проходом цветовых плоскостей пикселей каждой линии слева-направо. Координаты алгоритму не нужны, так как, двигаясь по пикселям линий, он следит за выполнением поведения каждой цветовой плоскости. У кого поведение закончилось (прямая линия отрисована), значит, его новое поведение находится сейчас в видеопотоке. А координаты декодеру уже известны, потому что он остановился на том месте (координатах), у кого закончилось поведение.

Бесплатно скачать реферат "Алгоритм сжатия видео" в полном объеме